JP2020173404A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 結露状態に拘わらず正確にトナー帯電量を測定する。【解決手段】 露光装置２は、感光体ドラム１ａ〜１ｄに光を照射し感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に静電潜像を形成する。現像装置３ａ〜３ｄは、その静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する。濃度センサー８は、トナー帯電量測定用のトナー像として形成された複数のトナーパッチ像の濃度を測定する。トナー帯電量特定部４２は、その複数のトナーパッチ像の濃度に基づいてトナーのトナー帯電量を特定する。そして、制御部４１は、露光装置２を制御して、感光体ドラム１ａ〜１ｄの回転周期の整数倍となる時間間隔で、上述の複数のトナーパッチ像の静電潜像を感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成させる。【選択図】 図２

Description

本発明は、画像形成装置に関するものである。

電子写真方式の画像形成装置では、現像装置によって感光体ドラム上の静電潜像にトナーを付着させている。現像装置内のトナーの帯電量は、現像装置の撹拌動作などに伴って経時的に変化していき、トナー帯電量の変化が画質に影響を与えるため、トナー帯電量を特定する方法が提案されている。

ある画像形成装置は、感光体ドラムの所定位置におけるトナーパッチ像の現像前後の電位を電位センサーで直接的に測定するとともに、トナーパッチ像の濃度を濃度センサーで測定し、トナーパッチ像の現像前後の電位と濃度とに基づいてトナー帯電量を測定している（例えば特許文献１参照）。

別の画像形成装置は、トナー画像を現像する際に導通する現像電流を測定するとともに、トナーパッチ像の濃度を濃度センサーで測定し、現像電流の測定値と濃度とに基づいてトナー帯電量を測定している（例えば特許文献２参照）。

特開２００３−３４５０７５号公報 特開２００９−２９４５０４号公報

通常、トナー帯電量としては、単位量あたりの電荷で表現されるため、上述のように、トナー帯電量の測定では、トナーパッチ像などのテストパターンのトナー濃度を測定している。

現像装置から感光体ドラムに付着するトナーの量は、トナー帯電量、感光体ドラムと現像装置との間の電位差などに応じて決定される。

感光体ドラム上で結露（微小結露を含む）が発生すると、感光体ドラム上の静電潜像のエッジ周辺の電位分布が変動してしまうため、トナー帯電量測定用のテストパターンの濃度測定値も変動してしまう。

さらに、感光体ドラムの周辺には種々の装置（現像装置、帯電装置、クリーニング装置など）が配置されており、感光体ドラムにおいて、その周方向における位置によって湿度が異なるため表面状態（結露の有無、結露の程度など）も異なる。つまり、例えば、感光体ドラムの表面において、結露が発生している箇所と、結露が発生していない箇所がある場合がある。

そのため、トナー帯電量測定用のテストパターンとして、複数のトナーパッチ像を感光体ドラム上に形成する場合、複数のトナーパッチ像の形成箇所における表面状態が互いに異なると、複数のトナーパッチ像の濃度測定値の間の差分や変化量も正確に測定されず、正確にトナー帯電量を測定することが困難となる。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、結露状態に拘わらず正確にトナー帯電量を測定する画像形成装置を得ることを目的とする。

本発明に係る画像形成装置は、感光体ドラムと、前記感光体ドラムに光を照射し前記感光体ドラム上に静電潜像を形成する露光装置と、前記静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する現像装置と、トナー帯電量測定用の前記トナー像として形成された複数のトナーパッチ像の濃度を測定する濃度センサーと、前記複数のトナーパッチ像の濃度に基づいて前記トナーのトナー帯電量を特定するトナー帯電量特定部と、前記露光装置を制御して、前記感光体ドラムの回転周期の整数倍となる時間間隔で、前記複数のトナーパッチ像の静電潜像を前記感光体ドラム上に形成させる制御部とを備える。

本発明によれば、結露状態に拘わらず正確にトナー帯電量を測定する画像形成装置が得られる。

本発明の上記又は他の目的、特徴および優位性は、添付の図面とともに以下の詳細な説明から更に明らかになる。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の機械的な内部構成を示す側面図である。 図２は、図１に示す画像形成装置の電気的な構成の一部を示すブロック図である。 図３は、測定モード＃１でのトナーパッチ像の一例を示す図である。 図４は、測定モード＃２でのトナーパッチ像の一例を示す図である。 図５は、トナー濃度に基づくトナー帯電量の測定方法の一例を説明する図である。 図６は、図５で説明した測定方法における測定モード＃２での測定結果の一例を説明する図である。 図７は、図１および図２に示す画像形成装置の動作について説明するフローチャートである。

以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の機械的な内部構成を示す側面図である。この画像形成装置は、プリンター、ファクシミリ装置、複写機、複合機などといった、電子写真方式のプリント機能を有する装置である。

この実施の形態の画像形成装置は、タンデム方式のカラー現像装置を有する。このカラー現像装置は、感光体ドラム１ａ〜１ｄ、露光装置２および現像装置３ａ〜３ｄを有する。感光体ドラム１ａ〜１ｄは、シアン、マゼンタ、イエローおよびブラックの４色の感光体であり、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上には静電潜像が形成される。露光装置２は、感光体ドラム１ａ〜１ｄへ光（ここではレーザー光）を照射して感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に静電潜像を形成する装置である。露光装置２は、レーザー光の光源であるレーザーダイオード、そのレーザー光を感光体ドラム１ａ〜１ｄへ導く光学素子（レンズ、ミラー、ポリゴンミラーなど）を有する。なお、感光体ドラム１ａ〜１ｄは、アモルファスシリコン製でも、有機感光体（ＯＰＣ）でもよい。

現像装置３ａ〜３ｄは、トナーカートリッジ内のトナーを現像ローラー４で感光体ドラム１ａ〜１ｄ上の静電潜像に付着させてトナー像を形成する。感光体ドラム１ａおよび現像装置３ａにより、マゼンタの現像が行われ、感光体ドラム１ｂおよび現像装置３ｂにより、シアンの現像が行われ、感光体ドラム１ｃおよび現像装置３ｃにより、イエローの現像が行われ、感光体ドラム１ｄおよび現像装置３ｄにより、ブラックの現像が行われる。

中間転写ベルト５は、感光体ドラム１ａ〜１ｄに接触し、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のトナー像を転写され担持する環状の像担持体である。中間転写ベルト５は、駆動ローラー６ａおよびテンションローラー６ｂに張架され、駆動ローラー６ａからの駆動力によって、感光体ドラム１ａとの接触位置から感光体ドラム１ｄとの接触位置への方向へ周回していく。

２次転写ローラー７は、搬送されてくるプリントシート（プリント用紙など）を中間転写ベルト５に接触させ、中間転写ベルト５上のトナー像をプリントシートに２次転写する。トナー像を２次転写されたプリントシートは、定着器１０へ搬送される。定着器１０は、ヒーターを備え、ヒーターを使用して加熱加圧方式でトナー像をプリントシートに定着する。

濃度センサー８は、中間転写ベルト５に光を照射し、その反射光（例えば正反射光と拡散反射光）を受光し、受光した反射光の光量に対応する電気信号を出力する反射型光学式センサーである。濃度センサー８は、キャリブレーション用のトナー像としてのトナーパッチ像が中間転写ベルト５に１次転写された後、中間転写ベルト５上のトナーパッチ像の濃度を光学的に検出する。例えば、濃度センサー８は、トナー帯電量測定用のトナー像として形成された複数のトナーパッチ像の濃度を測定する。

１次転写ローラー９ａ〜９ｄは、それぞれ、中間転写ベルト５を挟んで、感光体ドラム１ａ〜１ｄに対向して配置され、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のトナー像を感光体ドラム１ａ〜１ｄから中間転写ベルト５へ１次転写する。

図２は、図１に示す画像形成装置の電気的な構成の一部を示すブロック図である。図２に示すように、図１に示す画像形成装置は、コントローラー３１、温度センサー３２、および湿度センサー３３をさらに備える。

コントローラー３１は、画像形成装置内の各部を電気的に制御する。コントローラー３１は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、マイクロコンピューターなどを備え、ハードウェア処理およびソフトウェア処理の一方または両方を行う各種処理部として動作する。温度センサー３２は、当該画像形成装置の機内温度（特に感光体ドラム１ａ〜１ｄ周辺の温度）を測定するセンサーである。湿度センサー３３は、当該画像形成装置の機内湿度（特に感光体ドラム１ａ〜１ｄ周辺の湿度）を測定するセンサーである。

そして、コントローラー３１は、制御部４１およびトナー帯電量特定部４２として動作する。

制御部４１は、図１に示す機械的構成（感光体ドラム１ａ〜１ｄ、露光装置２、現像装置３ａ〜３ｄなど）を制御して、プリントやキャリブレーションを実行する。

キャリブレーションにおいて、制御部４１は、感光体ドラム１ａ、露光装置２、現像装置３ａなどを制御し、複数のトナーパッチ像（各トナーパッチ像内で一定の濃度で所定形状のトナー像）を含むテストパターンを形成する。

トナーパッチ像２１〜２３の濃度は、印字率（つまり、トナードット密度） で表現される。つまり、トナーパッチ像２１〜２３では、トナードットがある画素位置と、ナードットがない画素位置とが混在している。

なお、ここでは、感光体ドラム１ａ、現像装置３ａ、および１次転写ローラー９ａに対するコントローラー３１の機能について説明するが、他の感光体ドラム１ｂ〜１ｄ、現像装置３ｂ〜３ｄ、および１次転写ローラー９ｂ〜９ｄに対するコントローラー３１の機能も同様である。

特に、制御部４１は、露光装置２を制御して、感光体ドラム１ａの回転周期の整数倍（例えば１倍）となる時間間隔で、トナー帯電量測定用の複数のトナーパッチ像の静電潜像を感光体ドラム１ａ上に形成させる。

この実施の形態では、制御部４１は、（ａ）温度センサー３２により測定された温度および湿度センサー３３により測定された湿度に基づいて所定の結露発生条件が成立するか否かを判定し、（ｂ）その結露発生条件が成立しない場合、測定モード＃１を選択し、その結露発生条件が成立する場合、測定モード＃２を選択し、選択した測定モードでトナー帯電量の測定を行う。

測定モード＃２では、上述のように、制御部４１は、露光装置２を制御して、感光体ドラム１ａの回転周期の整数倍となる時間間隔で、トナー帯電量測定用の複数のトナーパッチ像の静電潜像を感光体ドラム１ａ上に形成させる。

測定モード＃１では、複数のトナーパッチ像の間隔は特に限定されないが、測定時間を短時間に抑える観点から、制御部４１は、露光装置２を制御して、第２測定モードの場合の時間間隔より短い時間間隔で、複数のトナーパッチ像の静電潜像を感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成させる。例えば、測定モード＃１では、制御部４１は、略連続的に複数のトナーパッチ像の静電潜像を感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成させるようにしてもよい。

図３は、測定モード＃１でのトナーパッチ像の一例を示す図である。例えば図３に示すように、プロセス設定の互いに異なる複数のトナーパッチ像２１〜２３が中間転写ベルト５に転写される。トナーパッチ像２１〜２３は、中間転写ベルト５の幅方向において、濃度センサー８の配置位置に対応する位置に転写される。

なお、複数のトナーパッチ像２１〜２３に対するプロセス設定は、トナー帯電量の測定方法によって指定される。

図４は、測定モード＃２でのトナーパッチ像の一例を示す図である。図４に示すように、測定モード＃２では、距離Ｌｄｒｕｍごとにトナーパッチ像２１〜２３が形成される。距離Ｌｄｒｕｍは、上述の時間間隔と感光体ドラム１ａの表面の線速度との積である。

結露発生条件が成立している場合、感光体ドラム１ａの周方向に沿って不均等に結露が発生している可能性があるため、感光体ドラム１ａの略同じ位置で上述の複数のトナーパッチ像２１〜２３が順次現像される。つまり、複数のトナーパッチ像２１〜２３が、同じ条件で現像されるため、複数のトナーパッチ像２１〜２３に対する結露の影響が均等になる。

他方、測定モード＃１では、略連続的にトナーパッチ像２１〜２３が形成されるため、トナー帯電量の測定時間が短くなるものの、複数のトナーパッチ像２１〜２３が、不均等な表面状態（結露の有無など）に起因して異なる条件で現像され、複数のトナーパッチ像２１〜２３に対する結露の影響が不均等になる可能性がある。したがって、結露発生条件が成立していない場合、測定モード＃１が選択され、結露発生条件が成立している場合、測定モード＃２が選択される。

そして、トナー帯電量特定部４２は、所定の測定方法に従って、濃度センサー８により得られたトナー帯電量測定用の複数のトナーパッチ像の濃度に基づいてトナーのトナー帯電量を特定する。

図５は、トナー濃度に基づくトナー帯電量の測定方法の一例を説明する図である。この実施の形態では、現像装置３ａは、２成分方式の現像剤を使用し、直流電圧に交流電圧（ここでは矩形波）を重畳させた現像バイアスを現像装置３ａの現像ローラー４（マグローラー）に印加し、図５に示すように、制御部４１は、その現像バイアスの交流電圧成分の周波数を、上述の複数のトナーパッチ像に対して互いに異ならせ、トナー帯電量特定部４２は、そのトナーパッチ像の濃度と現像バイアスの周波数との間の１次関数の傾きに基づいて、トナー帯電量を特定する。つまり、上述のプロセス設定として現像バイアスの周波数を変化させて複数のトナーパッチ像が現像される。

図５に示すように、２成分方式の現像装置３ａにおいては、現像バイアスとトナー濃度測定値との間に略１次関数の相関があり、さらに、その１次関数の傾きがトナー帯電量に応じて変動することが実験により認められた。図５では、トナーの外添剤の量が異なる３つの場合についての特性を示しており、３つの場合についての傾きとトナー帯電量（実験における実測値）との関係が略１次関数（線形）となっている。そのため、この実施の形態では、当該画像形成装置についての、その傾きとトナー帯電量との対応関係を予め実験などで特定し、トナー帯電量特定部４２は、複数のトナーパッチ像についての現像バイアス周波数と濃度測定値との間の関係を示す１次関数を平均２乗法などで導出し、その対応関係を示すテーブル、変換式などを使用して、その１次関数の傾きからトナー帯電量を導出する。

図６は、図５で説明した測定方法における測定モード＃２での測定結果の一例を説明する図である。図６に示すように、測定モード＃２では、誤差の小さい１次関数が得られ、その傾きから正確なトナー帯電量が得られる。他方、測定モード＃１では、不均等な結露状態に起因して、誤差の小さい１次関数が得られず、正確なトナー帯電量は得られない。
さらに、図５および図６に示す測定モード＃２での傾きとトナー帯電量との対応関係を上述の機内の温湿度に従って補正するようにしてもよい。

なお、トナー帯電量の測定について別の測定方法を使用してもよい。例えば、トナーパッチ像の現像時の現像ローラー４に流入する現像電流を測定し、トナー帯電量特定部４２は、その現像に使用されたトナーの電荷Ｑを現像電流の測定値から導出し、現像に使用されたトナーの重量Ｍをトナーパッチ像２ｉの濃度測定値から導出し、両者の比Ｑ／Ｍをトナー帯電量として導出するようにしてもよい。その場合、現像電流値と電荷Ｑとの対応関係、および濃度測定値と電荷Ｑとの対応関係は、それぞれ、予め実験などで特定され、トナー帯電量特定部４２は、その対応関係を示すテーブル、変換式などを使用して、現像電流値から電荷Ｑを導出し、濃度測定値から重量Ｍを導出する。

さらに、制御部４１は、キャリブレーションにおいてトナー帯電量特定部４２により特定されたトナー帯電量に基づいて、プリント時のプロセス設定（露光光量、現像バイアス、定着温度など）を調整する。

次に、上記画像形成装置の動作について説明する。図７は、図１および図２に示す画像形成装置の動作について説明するフローチャートである。

制御部４１は、所定のキャリブレーション実行タイミングが到来すると、まず、温度センサー３２および湿度センサー３３で機内の温湿度を検出し、その温湿度が所定の結露発生条件を満たしているか否かを判定する（ステップＳ１）。

その温湿度が所定の結露発生条件を満たしていない場合、制御部４１は、測定モード＃１を選択し、露光装置２などを制御して、測定モード＃１でテストパターン（複数のトナーパッチ像２１〜２３）を形成し（ステップＳ２）、濃度センサー８で、そのテストパターンにおける各トナーパッチ像２１〜２３の濃度を測定し（ステップＳ３）、トナー帯電量特定部４２は、その濃度の測定値に基づいて、上述のようにして、トナー帯電量を導出する（ステップＳ４）。

一方、その温湿度が所定の結露発生条件を満たしている場合、制御部４１は、測定モード＃２を選択し、露光装置２などを制御して、測定モード＃２でテストパターン（複数のトナーパッチ像２１〜２３）を形成し（ステップＳ５）、濃度センサー８で、そのテストパターンにおける各トナーパッチ像２１〜２３の濃度を測定し（ステップＳ６）、トナー帯電量特定部４２は、その濃度の測定値に基づいて、上述のようにして、トナー帯電量を導出する（ステップＳ７）。

上述のようにして、キャリブレーションにおいて、トナー帯電量が特定されると、制御部４１は、そのトナー帯電量に基づいて、プリントされる画像濃度などを基準値に近づけるようにプロセス設定値を調整する（ステップＳ８）。その際、制御部４１は、プリント実行時の上述の温湿度に基づいて、トナー帯電量を補正し、補正後のトナー帯電量でプロセス設定値を調整するようにしてもよい。なお、測定モードに応じて、その温湿度とその補正量との対応関係を切り替えて、その対応関係に基づいてプロセス設定値を決定してもよい。

以上のように、上記実施の形態によれば、露光装置２は、感光体ドラム１ａ〜１ｄに光を照射し感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に静電潜像を形成する。現像装置３ａ〜３ｄは、その静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する。濃度センサー８は、トナー帯電量測定用のトナー像として形成された複数のトナーパッチ像の濃度を測定する。トナー帯電量特定部４２は、その複数のトナーパッチ像の濃度に基づいてトナーのトナー帯電量を特定する。そして、制御部４１は、露光装置２を制御して、感光体ドラム１ａ〜１ｄの回転周期の整数倍となる時間間隔で、上述の複数のトナーパッチ像の静電潜像を感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成させる。

これにより、トナーパッチ像が感光体ドラム１ａ〜１ｄ上における同一結露状態の箇所で現像されるため、結露状態に拘わらず正確にトナー帯電量が測定される。

なお、上述の実施の形態に対する様々な変更および修正については、当業者には明らかである。そのような変更および修正は、その主題の趣旨および範囲から離れることなく、かつ、意図された利点を弱めることなく行われてもよい。つまり、そのような変更および修正が請求の範囲に含まれることを意図している。

例えば、上記実施の形態においては、温度センサー３２および湿度センサー３３を設け、結露発生条件が成立している場合に測定モード＃２でトナー帯電量を測定し、そうではない場合には測定モード＃１でトナー帯電量を測定しているが、その代わりに、温度センサー３２および湿度センサー３３を設けずに、常に（つまり、機内の結露発生条件が成立しているか否かに拘わらず）、測定モード＃２でトナー帯電量を測定するようにしてもよい。

本発明は、例えば、電子写真方式の画像形成装置に適用可能である。

１ａ〜１ｄ 感光体ドラム
２ 露光装置
３ａ〜３ｄ 現像装置
８ 濃度センサー
３２ 温度センサー
３３ 湿度センサー
４１ 制御部
４２ トナー帯電量特定部

Claims (4)

1. 感光体ドラムと、
   前記感光体ドラムに光を照射し前記感光体ドラム上に静電潜像を形成する露光装置と、
   前記静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する現像装置と、
   トナー帯電量測定用の前記トナー像として形成された複数のトナーパッチ像の濃度を測定する濃度センサーと、
   前記複数のトナーパッチ像の濃度に基づいて前記トナーのトナー帯電量を特定するトナー帯電量特定部と、
   前記露光装置を制御して、前記感光体ドラムの回転周期の整数倍となる時間間隔で、前記複数のトナーパッチ像の静電潜像を前記感光体ドラム上に形成させる制御部と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 温度センサーと、湿度センサーとをさらに備え、
   前記制御部は、（ａ）前記温度センサーにより測定された温度および前記湿度センサーにより測定された湿度に基づいて所定の結露発生条件が成立するか否かを判定し、（ｂ）前記所定の結露発生条件が成立しない場合、第１測定モードを選択し、前記所定の結露発生条件が成立する場合、第２測定モードを選択し、（ｃ）前記第２測定モードを選択した場合、前記露光装置を制御して、前記感光体ドラムの回転周期の整数倍となる時間間隔で、前記複数のトナーパッチ像の静電潜像を前記感光体ドラム上に形成させ、前記第１測定モードを選択した場合、前記露光装置を制御して、前記複数のトナーパッチ像の静電潜像を前記感光体ドラム上に形成させること、
   を特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記制御部は、前記第１測定モードを選択した場合、前記露光装置を制御して、前記第２測定モードの場合の前記時間間隔より短い時間間隔で、前記複数のトナーパッチ像の静電潜像を前記感光体ドラム上に形成させることを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記現像装置は、直流電圧に交流電圧を重畳させた現像バイアスを前記現像装置の現像ローラーに印加し、
   前記制御部は、前記交流電圧の周波数を、前記複数のトナーパッチ像に対して互いに異ならせ、
   前記トナー帯電量特定部は、前記トナーパッチ像の濃度と前記周波数との間の１次関数の傾きに基づいて、前記トナー帯電量を特定すること、
   を特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の画像形成装置。